DE102013219989A1 - Method for producing a cast component with an insert - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils (6) mit einem Einlegeteil (1), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Einlegeteils (1) mit einem eine Mantelfläche (3) aufweisenden Einlegekörper (2), b) Beschichten der Mantelfläche (3) mit einer Adapterschicht (4) aus Siliziumoxid, c) Anordnen des Einlegeteils (1) in einer Gussform, d) Formschlüssiges Umgießen des Einlegeteils und der Adapterschicht mit einer Aluminiumlegierung (7) zur Herstellung des Gussteils, wobei die Aluminiumlegierung (7) einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist.The invention relates to a method for producing a cast component (6) with an insert (1), comprising the following steps: a) providing an insert (1) with an insert body (2) having a jacket surface (3), b) coating the insert Cladding surface (3) with an adapter layer (4) made of silicon oxide, c) arranging the insert part (1) in a casting mold, d) positive encasing the insert part and the adapter layer with an aluminum alloy (7) for producing the casting, wherein the aluminum alloy (7 ) has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils sowie eine Zylinderlaufbuchse und einen eine solche Zylinderlaufbuchse enthaltenden Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Kolbenringträger sowie einen einen solchen Kolbenringträger enthaltenden Kolben für eine Brennkraftmaschine. The invention relates to a method for producing a cast component and a cylinder liner and a cylinder block containing such a cylinder liner for an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a piston ring carrier and such a piston ring carrier containing piston for an internal combustion engine.

Zylinderblöcke moderner Brennkraftmaschinen werden in der Regel in einem Gussverfahren hergestellt. Da das für den Zylinderblock verwendete Material – in der Regel Aluminium oder Eisen, in Betracht kommen aber auch Magnesium-Aluminium-Verbundwerkstoffe – die für eine reibungs- und somit möglichst verschleißfreie Bewegung eines Kolbens im Zylinder erforderlichen tribologischen Anforderungen nicht zu erfüllen vermag, werden in den Zylindern sog. Zylinderlaufbuchsen eingesetzt. Diese besitzen die geforderten tribologischen Eigenschaften und stellen folglich einen weitgehend verschleißfreien Langzeitbetrieb des Kolbens im Zylinderblock sicher; häufig sind solche Zylinderlaufbuchsen mit einer aufgerauten, rillierten oder in ähnlicher Weise bearbeiteten Mantelfläche versehen. Alternativ dazu lehrt der Stand der Technik auch das Aufbringen einer Aluminium-Spritzschicht auf die Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse. In beiden Fällen lässt sich beim – ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten – Umgießen der Zylinderlaufbuchse mit einer Aluminiumlegierung eine besonders formschlüssige Verbindung der Zylinderlaufbuchse mit dem Zylinderblock herstellen. Cylinder blocks of modern internal combustion engines are usually produced in a casting process. Since the material used for the cylinder block - usually aluminum or iron, but also suitable magnesium-aluminum composite materials - which is not required for a friction and thus possible wear-free movement of a piston in the cylinder required tribological requirements can not be met in the cylinders so-called cylinder liners used. These have the required tribological properties and thus ensure a largely wear-free long-term operation of the piston in the cylinder block; often such cylinder liners are provided with a roughened, grooved or machined in a similar manner lateral surface. Alternatively, the prior art also teaches the application of an aluminum spray layer on the lateral surface of the cylinder liner. In both cases, the casting of the cylinder liner with an aluminum alloy, which is likewise known from the prior art, can produce a particularly positive connection of the cylinder liner with the cylinder block.

In analoger Weise erfolgt auch die Herstellung von Kolben für solche Brennkraftmaschinen in der Regel mittels eines Gussverfahrens. Zur Abdichtung des Kolbens gegen den Zylinderblock werden sogenannte Kolbenringe – in der Regel aus Stahl -verwendet, welche in eine auf einer Mantelfläche des Kolbens vorgesehene Umfangsnut eingelegt werden können, um besagten Abdichtungseffekt zu erzeugen. Um nun die tribologische Belastung des Kolbens, dessen Kolbenmaterial in der Regel aus einer leichtgewichtigen Aluminiumlegierung besteht, gegenüber dem aus einem Stahl gebildeten Kolbenring zu verringern, werden in herkömmlichen Kolben sog. Kolbenringträger verwendet, welche in einem Gussvorgang mit dem eigentlichen Kolben umgossen werden. Dies hat zur Folge, dass keine direkte, in besonderem Maße verschleißkritische Grenzfläche Kolben-Kolbenring mehr vorhanden ist; vielmehr fungiert besagter Kolbenringträger nun als mechanische "Schnittstelle" zwischen dem Kolbenring und dem eigentlichen Kolben, wobei die Umfangsnut zur Aufnahme des Kolbenrings nun am Kolbenringträger vorgesehen wird. In an analogous manner, the production of pistons for such internal combustion engines is usually carried out by means of a casting process. To seal the piston against the cylinder block so-called piston rings - usually made of steel - used, which can be inserted into a provided on a lateral surface of the piston circumferential groove to produce said sealing effect. In order to reduce the tribological load of the piston whose piston material is usually made of a lightweight aluminum alloy, compared to the piston ring formed of a steel, so-called piston ring carriers are used in conventional pistons, which are encapsulated in a casting process with the actual piston. This has the consequence that no direct, in particular wear-critical interface piston-piston ring is more present; Rather, said piston ring carrier now acts as a mechanical "interface" between the piston ring and the actual piston, wherein the circumferential groove for receiving the piston ring is now provided on the piston ring carrier.

Die US 4,273, 835 beschreibt die Herstellung eines Zylinderblocks mit einer in den Zylinder des Zylinderblocks eingesetzten Zylinderlaufbuchse. Zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock ist eine Silikonharzschicht zur Abdichtung eines Wassermantels vorgesehen. The US 4,273,835 describes the manufacture of a cylinder block with a cylinder liner inserted into the cylinder of the cylinder block. Between cylinder liner and cylinder block a silicone resin layer is provided for sealing a water jacket.

Die JP 2010-156003 A beschreibt die Beschichtung eines Werkstücks aus Gusseisen mit einer Adapterschicht, welche Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor enthält. Die Adapterschicht erhöht die Haftfestigkeit einer auf das Werkstück aufgebrachten Aluminiumlegierung.The JP 2010-156003 A describes the coating of a cast iron workpiece with an adapter layer containing carbon, manganese, silicon, sulfur and phosphorus. The adapter layer increases the adhesion of an aluminum alloy applied to the workpiece.

Eine besonders formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderblock bzw. zwischen Kolbenringträger und Kolben – im Folgenden werden die beiden Bauteile jeweils verallgemeinert als "Einlegeteil" und "gegossenes Bauteil" bezeichnet – ergibt sich indes bei Verwendung eines sog. Aluminium-Druckgussverfahrens zum Umgießen des Einlegeteils mit einer Aluminiumlegierung, auf welches jedoch bei der Herstellung moderner Brennkraftmaschinen in zunehmendem Maße – oftmals aus Kostengründen – zugunsten von Niederdruckoder Schwerkraftgusstechniken verzichtet wird. Mittels Niederdruck- oder Schwerkraftgusstechniken lässt sich die bei Verwendung des Aluminium-Druckgussverfahrens erzielbare Qualität des Formschlusses des Einlegeteils mit dem gegossenen Bauteil jedoch bei weitem nicht erreichen.A particularly form-fitting connection between cylinder liner and cylinder block or between piston ring carrier and piston - hereinafter, the two components are each generalized as "insert" and "molded component" referred to - meanwhile results in the use of a so-called. Aluminum die-casting process for encapsulating the insert an aluminum alloy which, however, is increasingly dispensed with in favor of low pressure or gravity casting techniques, often for cost reasons, in the manufacture of modern internal combustion engines. By means of low-pressure or gravity casting techniques, however, the quality of the positive engagement of the insert with the cast component, which can be achieved using the aluminum die-casting method, can not be achieved by far.

Ein nicht in optimaler Weise ausgeprägter Formschluss zwischen Einlegeteil und Zylinderblock führt jedoch in der Regel zu einer nur verminderten thermischen Ankopplung des Einlegeteil an das gegossene Bauteil, was wiederum unerwünschte, thermisch bedingte mechanische Verspannungen im Einlegeteil bzw. im gegossenen Bauteil zur Folge haben kann. However, a not properly pronounced positive connection between the insert and cylinder block usually leads to only a reduced thermal coupling of the insert to the molded component, which in turn can have unwanted, thermally induced mechanical stresses in the insert or in the cast component result.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Bauteils sowie für ein Einlegeteil anzugeben, welche oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved embodiment of a method for producing a cast component and for an insert, which no longer has the disadvantages mentioned above.

Dieses Problem wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, im Zuge des Herstellungsverfahrens die Mantelfläche eines Einlegeteils zu beschichten, und zwar mittels einer im Folgenden als Adapterschicht bezeichneten Schicht aus Siliziumoxid. Besagte Adapterschicht führt beim Umgießen mit einer Aluminiumlegierung – insbesondere unter Verwendung des eingangs vorgestellten Aluminium-Druckgießens nach deren Einbringen in eine geeignete Gussform – zu einem verbesserten Benetzungsverhalten der Aluminiumlegierung auf der Adapterschicht. Entsprechende experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass dies allerdings nur für den Fall gilt, dass die Aluminiumlegierung mit einem Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, versehen ist. Als Folge der verbesserten Benetzungseigenschaften der Aluminiumlegierung auf dem Siliziumoxid der Adapterschicht kann eine besonders formschlüssige Verbindung zwischen Zylinderlaufbuchse und Aluminium-Legierung, welche das Einlegeteils zum gegossenen Bauteil komplettiert, erzielt werden.The basic idea of the invention is accordingly to coat the outer surface of an insert in the course of the production process, namely by means of a layer of silicon oxide referred to below as an adapter layer. Said adapter layer leads during encapsulation with an aluminum alloy - in particular using the Initially presented aluminum die casting after their introduction into a suitable mold - to an improved wetting behavior of the aluminum alloy on the adapter layer. Corresponding experimental studies have shown, however, that this only applies in the case that the aluminum alloy is provided with a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight. As a result of the improved wetting properties of the aluminum alloy on the silicon oxide of the adapter layer, a particularly positive connection between cylinder liner and aluminum alloy, which completes the insert to the molded component, can be achieved.

Eine besonders formschlüssige Verbindung ergibt sich bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Adapterschicht nicht nur beim sog. Aluminium-Druckgussverfahren, sondern auch beim Niederdruck- oder Schwerkraftgussverfahren. Durch die Adapterschicht lässt sich auch mittels Niederdruck- oder Schwerkraftgusstechniken die bei Verwendung des Aluminium-Druckgussverfahrens erzielbare Qualität des Formschlusses des Einlegeteils mit dem gegossenen Bauteil erreichen.A particularly positive connection results in the use of the adapter layer according to the invention not only in the so-called. Aluminum die-casting process, but also in the low-pressure or gravity casting. By means of the adapter layer, the quality of the positive connection of the insert with the cast component achievable with the use of the aluminum die-casting method can also be achieved by means of low-pressure or gravity casting techniques.

Besondere Vorzüge bietet das hier vorgestellte Verfahren insbesondere dann, wenn das Einlegeteil eine Zylinderlaufbuchse und das gegossene Bauteil ein Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine ist, oder wenn das Einlegeteil ein Kolbenringträger und das gegossene Bauteil ein Kolben für eine Brennkraftmaschine ist.Particular advantages offered by the method presented here, especially when the insert is a cylinder liner and the cast component is a cylinder block for an internal combustion engine, or if the insert is a piston ring carrier and the molded component is a piston for an internal combustion engine.

Vorzugsweise kann der Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß welchem die Mantelfläche mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet wird, die folgenden beiden Unterschritte b1) und b2) umfassen:

  • b1) Aufbringen eines Silikonharzes auf die Mantelfläche,
  • b2) Aushärten des Silkonharzes zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers.
Preferably, step b) of the method according to the invention, according to which the lateral surface is coated with an adapter layer made of silicon oxide, can comprise the following two sub-steps b1) and b2):
  • b1) applying a silicone resin to the lateral surface,
  • b2) curing the silicone resin to silicon oxide by heating the insert body.

Silikonharz ist in flüssiger Form kommerziell in großen Mengen und somit kostengünstig erhältlich. Zudem lässt es sich auf einfache Weise auf der Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse aufbringen, bevor diese zum Vergießen in den Zylinderblock eingesetzt wird. Die Überführung des organischen Silikonharzes in Siliziumoxid gestaltet sich ebenfalls denkbar einfach: Hierzu ist es ausreichend, das mit Silikonharz beschichtete Einlegebauteil zu erhitzen – beispielsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr – und auf diese Weise das Silikonharz zu Siliziumoxid auszuhärten. Das ausgehärtete Siliziumoxid kann im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, wodurch die Benetzung der Oberfläche entscheidend verbessert werden kann.Silicone resin is commercially available in large quantities in liquid form and therefore inexpensive. In addition, it can be applied in a simple manner on the lateral surface of the cylinder liner, before it is used for casting in the cylinder block. The conversion of the organic silicone resin in silicon oxide is also very simple: For this purpose, it is sufficient to heat the coated silicone resin insert component - for example, to a temperature of 400 ° C or more - and cure in this way, the silicone resin to silica. The hardened silicon oxide can react with the magnesium contained in the aluminum alloy in the region of the interface to the aluminum alloy according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si, whereby the wetting of the surface can be decisively improved.

Als in besonderem Maße zweckmäßig erweist es sich, das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche gemäß Schritt b1) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Lösungsmittel zu verdünnen; auf diese Weise gelingt eine besonders gleichmäßige Bedeckung der Mantelfläche mit Silikonharz vor dem Oxidationsvorgang. As particularly expedient it proves to dilute the silicone resin prior to application to the lateral surface according to step b1) of the method according to the invention with a solvent; In this way, a particularly uniform coverage of the lateral surface with silicone resin succeeds before the oxidation process.

Besonders gute Ergebnisse beim Aushärten des Silikonharzes zu Siliziumoxid und der damit verbundenen Aushärtung des oxidierten Siliziums nach dessen Erhitzen lassen sich erzielen, wenn das Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid eine Schichtdicke von 5 bis 10 μm aufweist. Generell gilt, dass eine geringe Schichtdicke einen schnellen Aushärtungsprozess begünstigt, was sich vorteilhaft auf die industrielle Fertigung der Einlegeteile in großen Stückzahlen auswirken kann.Particularly good results in the curing of the silicone resin to silica and the associated hardening of the oxidized silicon after its heating can be achieved if the silicone resin has a layer thickness of 5 to 10 microns before curing to silica. In general, a small layer thickness promotes a rapid curing process, which can have an advantageous effect on the industrial production of the inserts in large quantities.

Eine alternative Realisierung der erfindungsgemäßen Adapterschicht aus Siliziumoxid bietet die Verwendung einer Lösung aus sog. Wasserglas. Unter dem Begriff "Wasserglas" sind dabei alle aus einer Schmelze erstarrte, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und Siliziumsilikate gefasst. Diese weisen glasartige, also amorphe Materialeigenschaften auf. Nach dem Eintauchen in die Wasserglas-Lösung wird die Zylinderlaufbuchse wie oben im Zusammenhang mit Silikonharz beschrieben durch Erhitzen des Einlegeteils, vorzugsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr, ausgehärtet. Dabei verliert die Adapterschicht ihren Wasseranteil, so dass ein im Wesentlichen wasserfreies, polymerisiertes anorganisches Silikat entsteht. Auch gemäß dieser Ausführungsform kann das ausgehärtete Siliziumoxid im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, was zu einer verbesserten Benetzung der Oberfläche führt.An alternative realization of the adapter layer of silicon oxide according to the invention offers the use of a solution of so-called water glass. The term "water glass" includes all water-soluble sodium, potassium and silicon silicates solidified from a melt. These have glassy, so amorphous material properties. After immersion in the water glass solution, the cylinder liner is cured as described above in connection with silicone resin by heating the insert, preferably to a temperature of 400 ° C or more. In this case, the adapter layer loses its water content, so that a substantially anhydrous, polymerized inorganic silicate is formed. Also according to this embodiment, the hardened silica in the region of the aluminum alloy interface according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si can react with the magnesium contained in the aluminum alloy, resulting in improved surface wetting.

Besonders zweckmäßig umfasst das Wasserglas Na2O3Si, also Natriumsilikat.Particularly expediently, the water glass comprises Na 2 O 3 Si, ie sodium silicate.

Die Erfindung betrifft auch eine Zylinderlaufbuchse mit einem eine Mantelfläche aufweisenden Buchsenkörper, wobei die Mantelfläche des Buchsenkörpers mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet ist. Eine solche Adapterschicht umfasst ausdrücklich auch das vorangehend beschriebene, durch Reaktion mit SiO2 mit Mg erhaltene MgO bzw. Si im Übergangsbereich der Adapterschicht zur Aluminiumlegierung.The invention also relates to a cylinder liner with a jacket surface having a lateral surface, wherein the lateral surface of the female body is coated with an adapter layer of silicon oxide. Such an adapter layer also expressly includes the above-described MgO or Si obtained by reaction with SiO 2 with Mg in the transition region of the adapter layer to the aluminum alloy.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Zylinderblock mit einer solchen Zylinderlaufbuchse, sowie mit einer die Adapterschicht umhüllende Aluminiumlegierung, welche die Zylinderlaufbuchse zum Zylinderblock komplettiert.The invention further relates to a cylinder block with such a cylinder liner, as well with an aluminum alloy surrounding the adapter layer, which completes the cylinder liner to the cylinder block.

Die Erfindung ferner einen Kolbenringträger mit einem eine Mantelfläche aufweisenden Ringkörper, wobei die Mantelfläche des Ringkörpers mit einer Adapterschicht aus Siliziumoxid beschichtet ist.The invention further provides a piston ring carrier having a shell surface having a ring body, wherein the lateral surface of the ring body is coated with an adapter layer of silicon oxide.

Die Erfindung betrifft schließlich einen Kolben mit einem solchen Kolbenringträger, sowie mit einer die Adapterschicht umhüllende Aluminiumlegierung, welche den Kolbenringträger zum Kolben komplettiert.The invention finally relates to a piston with such a piston ring carrier, as well as with an aluminum alloy surrounding the adapter layer, which completes the piston ring carrier to the piston.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically

1 eine mit Siliziumoxid beschichtete Zylinderlaufbuchse vor dem Einsetzen in eine Gussform zum Herstellen eines Zylinderblocks, 1 a silica coated cylinder liner prior to insertion into a mold for making a cylinder block,

2 eine in einer Gussform mit einer Aluminiumlegierung umgossene Zylinderlaufbuchse, welche zusammen mit der Aluminiumlegierung einen Zylinderblock bildet, 2 a cylinder liner encased in a casting with an aluminum alloy, which forms a cylinder block together with the aluminum alloy,

3 einen mit einer Aluminiumlegierung umgossenen Ringträger, welcher zusammen mit der Aluminiumlegierung einen Kolben bildet. 3 an encircled with an aluminum alloy ring carrier, which forms a piston together with the aluminum alloy.

Die 1 und 2 illustrieren jeweils in einem grobschematischen Längsschnitt das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils 6 in Form eines Zylinderblocks. Die 1 zeigt ein Einlegeteil 1 in Form einer Zylinderlaufbuchse, welche einen eine Mantelfläche 3 aufweisenden Einlegekörper besitzt, der im Beispielszenario der 1 und 2 als Buchsenkörper 2 bezeichnet wird. Der Buchsenkörper 2 kann wie in 1 gezeigt hülsenartig ausgebildet sein. Bevor der Buchsenkörper 2 in eine – in der 1 nicht gezeigte – Gussform eingebracht wird, wird dessen Mantelfläche 3 mit einer Schicht aus Siliziumoxid, im Folgenden "Adapterschicht" 4 genannt, beschichtet. The 1 and 2 each illustrate, in a roughly schematic longitudinal section, the method according to the invention for producing a cast component 6 in the form of a cylinder block. The 1 shows an insert 1 in the form of a cylinder liner, which has a lateral surface 3 having insert body, which in the example scenario of 1 and 2 as a socket body 2 referred to as. The socket body 2 can be like in 1 be shown sleeve-shaped. Before the socket body 2 in one - in the 1 not shown - mold is introduced, the lateral surface thereof 3 with a layer of silicon oxide, hereinafter "adapter layer" 4 called, coated.

Die Anbringung einer solchen Adapterschicht 4 erfolgt gemäß einer ersten Variante in zwei Verfahrensschritten: In einem ersten Schritt wird ein Silikonharz auf die zu umgießenden Bereiche der Mantelfläche 3 aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird das Silikonharz durch Erhitzen des Buchsenkörpers 2 zu Siliziumoxid ausgehärtet. Zur Überführung des organischen Silikonharzes in Siliziumoxid kann der Buchsenkörper 2 beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Ofens auf eine Temperatur von 400°C oder mehr erhitzt werden. Allgemein gilt dabei, dass eine geringe Schichtdicke einen schnellen Aushärtungsprozess begünstigt, was sich vorteilhaft auf die industrielle Fertigung der Zylinderlaufbuchse in großen Stückzahlen auswirkt. Besonders gute Ergebnisse bei der Oxidation des Silikonharzes werden erreicht, wenn das auf die Mantelfläche 3 aufgetragene Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid eine Schichtdicke von 5 bis 10 μm aufweist. Hierzu kann das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche 3 mittels eines Lösungsmittels verdünnt werden.The attachment of such an adapter layer 4 takes place according to a first variant in two process steps: In a first step, a silicone resin is applied to the areas of the lateral surface to be cast 3 applied. In a second step, the silicone resin is heated by heating the socket body 2 cured to silica. For conversion of the organic silicone resin in silica, the socket body 2 For example, be heated by means of a suitable furnace to a temperature of 400 ° C or more. In general, a small layer thickness promotes a rapid curing process, which has an advantageous effect on the industrial production of the cylinder liner in large quantities. Particularly good results in the oxidation of the silicone resin are achieved, if that on the lateral surface 3 applied silicone resin before curing to silicon oxide has a layer thickness of 5 to 10 microns. For this purpose, the silicone resin before application to the lateral surface 3 be diluted by means of a solvent.

Gemäß einer zweiten, zur ersten alternativen Variante erfolgt das Aufbringen der Adapterschicht 4 durch Eintauchen der Zylinderlaufbuchse in eine Lösung aus Wasserglas. Unter dem Begriff "Wasserglas" sind dabei alle aus einer Schmelze erstarrte, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und Siliziumsilikate gefasst, insbesondere auch Na2O3Si. Diese Silikate weisen glasartige, also amorphe Materialeigenschaften auf. Nach dem Eintauchen der Zylinderlaufbuchse in eine solche Wasserglas-Lösung wird die Zylinderlaufbuchse analog zur vorangehend beschriebenen ersten Variante durch Erhitzen der Zylinderlaufbuchse, vorzugsweise auf eine Temperatur von 400°C oder mehr, entwässert, also ausgehärtet, so dass überwiegend Siliziumoxid zurückbleibt.According to a second alternative to the first variant, the application of the adapter layer 4 by immersing the cylinder liner in a solution of water glass. The term "water glass" includes all water-soluble sodium, potassium and silicon silicates which have solidified from a melt, in particular Na 2 O 3 Si. These silicates have glassy, so amorphous material properties. After immersing the cylinder liner in such a water glass solution, the cylinder liner is dewatered by heating the cylinder liner, preferably to a temperature of 400 ° C or more, analogously to the first variant described above, so cured, so that predominantly remains silica.

Die gemäß den beiden oben beschriebenen Varianten mit Siliziumoxid beschichtete Zylinderlaufbuchse kann nun in eine in der 2 schematisch gezeigte Gussform 5 eingesetzt werden. Abschließend wird die Zylinderlaufbuchse formschlüssig mit einer Aluminiumlegierung 7 umgossen, welche die Zylinderlaufbuchse zu einem Zylinderblock komplettiert, wobei besagte Aluminiumlegierung 7 einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Die auf der Mantelfläche 3 des Buchsenkörpers aufgebrachte Adapterschicht 4 aus Siliziumoxid bewirkt, dass die mittels Aluminium-Druckgießen in die Gussform 5 eingebrachte Aluminiumlegierung 7 beim Umgießen der Zylinderlaufbuchse ein verbessertes Benetzungsverhalten zeigt, wenn die Aluminiumlegierung 7 einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Als Folge wird ein besonders guter Formschluss zwischen Zylinderlaufbuchse und Aluminiumlegierung 7 erzielt, welcher wiederum einen ausgeprägten Wärmeübergang zwischen diesen beiden Bauteilen sicherstellt. Das ausgehärtete Siliziumoxid der Adapterschicht kann im Bereich der Grenzfläche zur Aluminiumlegierung gemäß der Reaktionsgleichung SiO2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si mit dem in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesium reagieren, wodurch die Benetzung der Oberfläche entscheidend verbessert werden kann.The according to the two variants described above with silica coated cylinder liner can now in a in the 2 schematically shown mold 5 be used. Finally, the cylinder liner is form-fitting with an aluminum alloy 7 encapsulated, which completes the cylinder liner to a cylinder block, said aluminum alloy 7 has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight. The on the lateral surface 3 the socket body applied adapter layer 4 made of silica causes the die by means of aluminum die casting into the mold 5 introduced aluminum alloy 7 when encasing the cylinder liner shows improved wetting behavior when the aluminum alloy 7 a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5 % By weight. As a result, a particularly good fit between the cylinder liner and aluminum alloy 7 achieved, which in turn ensures a pronounced heat transfer between these two components. The hardened silicon oxide of the adapter layer can react with the magnesium contained in the aluminum alloy in the region of the interface to the aluminum alloy according to the reaction equation SiO 2 + 2 Mg -> 2 MgO + Si, whereby the wetting of the surface can be decisively improved.

In der 3 ist nun – als weiteres, zweites Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren – ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes gegossenes Bauteil 6' in Form eines Kolben für eine Brennkraftmaschine in einem grobschematischen Längsschnitt gezeigt.In the 3 is now - as a further, second application example of the method according to the invention - a cast component produced by means of the method according to the invention 6 ' shown in the form of a piston for an internal combustion engine in a rough-schematic longitudinal section.

Die 3 zeigt ein mit 1' bezeichnetes Einlegeteil in Form eines Kolbenringträgers, welche einen eine Mantelfläche 3 aufweisenden Einlegekörper besitzt, welcher im Beispielszenario der 3 als Ringträgerkörper 2' bezeichnet wird. Bevor der Ringträgerkörper 2' zum Umgießen mit einer Aluminiumlegierung 7' in eine – in 3 nicht gezeigte – Gussform eingebracht wird, wird dessen Mantelfläche 3' mit einer Schicht aus Siliziumoxid, im Folgenden analog zum Beispiel der 1 und 2 "Adapterschicht" 4 genannt, beschichtet. The 3 shows one with 1' designated insert in the form of a piston ring carrier, which has a lateral surface 3 having insert body, which in the example scenario of 3 as ring carrier body 2 ' referred to as. Before the ring carrier body 2 ' for recasting with an aluminum alloy 7 ' into one - in 3 not shown - mold is introduced, the lateral surface thereof 3 ' with a layer of silicon oxide, hereinafter analogous to the example of 1 and 2 "Adapter layer" 4 called, coated.

Für die Anbringung der Adapterschicht 4' auf der Mantelfläche gelten mutatis mutandis obige Erläuterungen zum Beispielszenario der 1 und 2, d.h. zur Herstellung eines Kolbens gemäß einer ersten Variante wird zunächst ein Silikonharz auf die zu umgießenden Bereiche der Mantelfläche 3' und durch anschließendes Erhitzen des Ringträgerkörpers 2' zu Siliziumoxid oxidiert. Gemäß einer zweiten erfolgt das Aufbringen der Adapterschicht 4' durch Eintauchen des Kolbenringträgers in eine Lösung aus Wasserglas. Nach dem Eintauchen des Kolbenringträgers in eine solche Wasserglas-Lösung wird diese wiederum durch Erhitzen des Kolbenringträgers zu Siliziumoxid ausgehärtet.For attaching the adapter layer 4 ' mutatis mutandis, the above explanations apply to the example scenario of 1 and 2 That is, for producing a piston according to a first variant, first a silicone resin is applied to the regions of the lateral surface to be cast 3 ' and then heating the ring carrier body 2 ' oxidized to silica. According to a second, the application of the adapter layer takes place 4 ' by immersing the piston ring carrier in a solution of water glass. After immersing the piston ring carrier in such a water glass solution, this is in turn cured by heating the piston ring carrier to silica.

Der gemäß den beiden beschriebenen Varianten mit Siliziumoxid beschichtete Kolbenringträger wird anschließend in eine geeignete Gussform eingesetzt und in dieser formschlüssig mit einer Aluminiumlegierung 7' umgossen, welche den Kolbenringträger 1' dann zum Kolben komplettiert, wobei besagte Aluminiumlegierung 7' einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Die auf der Mantelfläche 3 des Ringträgerkörpers 2' aufgebrachte Adapterschicht 4' aus Siliziumoxid bewirkt in analoger Weise zum Beispiel der 1 und 2, dass die mittels Aluminium-Kokillengießen in die Gussform eingebrachte Aluminiumlegierung 7' beim Umgießen des Kolbenringträgers ein verbessertes Benetzungsverhalten zeigt, wenn die Aluminiumlegierung 7' einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist. Als Folge wird ein besonders guter Formschluss Kolbenringträger und Aluminiumlegierung 7' erzielt, welcher wiederum einen ausgeprägten Wärmeübergang zwischen diesen beiden Bauteilen sicherstellt.The coated according to the two variants with silica coated piston ring carrier is then inserted into a suitable mold and in this form-fitting with an aluminum alloy 7 ' cast around the piston ring carrier 1' then completed to the piston, said aluminum alloy 7 ' has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight. The on the lateral surface 3 of the ring carrier body 2 ' applied adapter layer 4 ' from silicon oxide causes in an analogous manner, for example, the 1 and 2 in that the aluminum alloy introduced into the casting mold by means of aluminum die casting 7 ' when encasing the piston ring carrier shows an improved wetting behavior when the aluminum alloy 7 ' has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight. As a result, a particularly good form fit piston ring carrier and aluminum alloy 7 ' achieved, which in turn ensures a pronounced heat transfer between these two components.

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Claims (12)

Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Bauteils (6; 6') mit einem Einlegeteil (1; 1'), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Einlegeteils (1; 1') mit einem eine Mantelfläche (3; 3') aufweisenden Einlegekörper (2; 2'), b) Beschichten der Mantelfläche (3; 3') mit einer Adapterschicht (4; 4') aus Siliziumoxid, c) Anordnen des Einlegeteils (1; 1') in einer Gussform, d) Formschlüssiges Umgießen des Einlegeteils (1; 1') und der Adapterschicht (4; 4') mit einer Aluminiumlegierung (7; 7') zur Herstellung des gegossenen Bauteils (6; 6'), wobei die Aluminiumlegierung (7; 7') einen Magnesium-Anteil von wenigstens 0,3 Gewichts-%, vorzugsweise von wenigstens 0,5 Gewichts-%, aufweist.Method for producing a cast component ( 6 ; 6 ' ) with an insert ( 1 ; 1' ), comprising the following steps: a) providing an insert ( 1 ; 1' ) with a lateral surface ( 3 ; 3 ' ) insert body ( 2 ; 2 ' ), b) coating the lateral surface ( 3 ; 3 ' ) with an adapter layer ( 4 ; 4 ' ) of silicon oxide, c) arranging the insert ( 1 ; 1' ) in a casting mold, d) positive encapsulation of the insert ( 1 ; 1' ) and the adapter layer ( 4 ; 4 ' ) with an aluminum alloy ( 7 ; 7 ' ) for the production of the cast component ( 6 ; 6 ' ), the aluminum alloy ( 7 ; 7 ' ) has a magnesium content of at least 0.3% by weight, preferably of at least 0.5% by weight. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Einlegeteil (1) eine Zylinderlaufbuchse und das gegossene Bauteil (6) ein Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine ist, oder dass – das Einlegeteil (1') ein Kolbenringträger und das gegossene Bauteil (6') ein Kolben für eine Brennkraftmaschine ist.Method according to claim 1, characterized in that - the insert part ( 1 ) a cylinder liner and the molded component ( 6 ) is a cylinder block for an internal combustion engine, or that - the insert ( 1' ) a piston ring carrier and the cast component ( 6 ' ) is a piston for an internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt b) die folgenden Unterschritte b1) und b2) umfasst: b1) Aufbringen eines Silikonharzes auf die Mantelfläche (3; 3'), b2) Aushärten des Silikonharzes zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers (2; 2').A method according to claim 1 or 2, characterized in that the method step b) comprises the following substeps b1) and b2): b1) applying a silicone resin to the lateral surface ( 3 ; 3 ' b2) curing the silicone resin to silicon oxide by heating the insert body ( 2 ; 2 ' ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonharz vor dem Aushärten zu Siliziumoxid gemäß Schritt b2) eine Schichtdicke von 5μm bis 10μm aufweist.A method according to claim 3, characterized in that the silicone resin prior to curing to silicon oxide according to step b2) has a layer thickness of 5 .mu.m to 10 .mu.m. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonharz vor dem Aufbringen auf die Mantelfläche (3; 3') gemäß Schritt b1) mit einem Lösungsmittel verdünnt wird.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the silicone resin before application to the lateral surface ( 3 ; 3 ' ) is diluted according to step b1) with a solvent. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) die folgenden Unterschritte b1) und b2) umfasst: b1) Eintauchen des Einlegekörpers (2) in eine Lösung aus Wasserglas, b2) Aushärten des Wasserglases zu Siliziumoxid durch Erhitzen des Einlegekörpers (2).A method according to claim 1 or 2, characterized in that the step b) comprises the following sub-steps b1) and b2): b1) immersion of the insert body ( 2 ) in a solution of water glass, b2) hardening of the water glass to silicon oxide by heating the insert body ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas Na2O3Si umfasst.A method according to claim 6, characterized in that the water glass comprises Na 2 O 3 Si. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlegekörper (2; 2') in Schritt b2) auf eine Temperatur von 400°C oder höher erhitzt wird. Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that the insert body ( 2 ; 2 ' ) in step b2) is heated to a temperature of 400 ° C or higher. Zylinderlaufbuchse, insbesondere hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einem eine Mantelfläche (3) aufweisenden Buchsenkörper (2), wobei die Mantelfläche (3) des Buchsenkörpers (2) mit einer Adapterschicht (4) aus Siliziumoxid beschichtet ist.Cylinder liner, in particular produced according to the method according to one of claims 2 to 8, having a jacket surface ( 3 ) having socket body ( 2 ), wherein the lateral surface ( 3 ) of the socket body ( 2 ) with an adapter layer ( 4 ) is coated of silicon oxide. Zylinderblock, insbesondere hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8, – mit wenigstens einer Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 9, – mit einer die Adapterschicht (4) umhüllende Aluminiumlegierung (7), welche die Zylinderlaufbuchse zum Zylinderblock komplettiert.Cylinder block, in particular produced by means of the method according to one of claims 2 to 8, - having at least one cylinder liner according to claim 9, - with an adapter layer ( 4 ) enclosing aluminum alloy ( 7 ), which completes the cylinder liner to the cylinder block. Kolbenringträger, insbesondere hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einem eine Mantelfläche (3') aufweisenden Ringkörper (2'), wobei die Mantelfläche (3') des Ringkörpers (2') wenigstens teilweise mit einer Adapterschicht (4') aus Siliziumoxid beschichtet ist.Piston ring carrier, in particular produced according to the method according to one of claims 2 to 8, having a lateral surface ( 3 ' ) having annular body ( 2 ' ), wherein the lateral surface ( 3 ' ) of the ring body ( 2 ' ) at least partially with an adapter layer ( 4 ' ) is coated of silicon oxide. Kolben für eine Brennkraftmaschine, insbesondere hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8, – mit wenigstens einem Kolbenringträger nach Anspruch 11, – mit einer die Adapterschicht (4') umhüllende Aluminiumlegierung (7'), welche die den Kolbenringträger zum Kolben komplettiert.Piston for an internal combustion engine, in particular produced by means of the method according to one of claims 2 to 8, - with at least one piston ring carrier according to claim 11, - with an adapter layer ( 4 ' ) enclosing aluminum alloy ( 7 ' ), which completes the piston ring carrier to the piston.
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